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1、第四章 现场总线的网络通信模型第1页，本讲稿共21页内容提要v典型的现场总线HARTCAN第2页，本讲稿共21页什么是HART协议vHART协议（Highway Addressible Remote Transducer）：是Rosemount公司于1986年提出的一项标准。实现420mA模拟信号与数字通讯兼容的标准，是现场总线的过渡性标准。vHART协议是一个开放性协议，已成为智能仪表事实上的工业标准;1996年，HART协议产品产量为60万台，Fisher-Rosemount公司的25万台变送器中HART协议产品约占76%。专家们预计，HART在国际上的使用寿命为1520年，在国内由于客观
2、条件所限，这个时间会更长一些。第3页，本讲稿共21页HART协议简介HART协议协议（可寻址远程传感器数据公路）：是用于（可寻址远程传感器数据公路）：是用于现场智能仪表现场智能仪表和和控控制室设备制室设备间通讯的一个过渡性协议。间通讯的一个过渡性协议。HART不是真正的现场总线，而是从模拟控制系统向现场总线过渡的一块踏脚石。HART通讯协议参照通讯协议参照“ISO/OSI”的模型标准，简化并引用其的模型标准，简化并引用其中的中的1，2，7三层制定而成，即：三层制定而成，即：物理层物理层、数据链路层数据链路层和和应用层应用层。第4页，本讲稿共21页HART协议HART协议层次第5页，本讲稿共21
3、页HART协议物理层vHART协议实现模拟通信和数字通信同时进行而互不干扰，采用基于Bell202标准的FSK频移键控信号，在低频的420mA模拟信号上叠加音频数字信号进行双向数字通信。v音频数字信号的幅度为0.5mA，数据传输率为1200bps，1200Hz代表逻辑“1”，2200Hz代表逻辑“0”，第6页，本讲稿共21页HART协议物理层采用了采用了Bell202标准的标准的FSK频移键控技术。频移键控技术。技术标准：技术标准：v波特率波特率 1200bpsv逻辑逻辑1 1200Hzv逻辑逻辑0 2200Hz第7页，本讲稿共21页HART协议物理层实现了实现了420mA模拟信号与数字通信的
4、兼容。模拟信号与数字通信的兼容。单台设备通信距离达单台设备通信距离达3000m；多站结构可达；多站结构可达1500 m。第8页，本讲稿共21页HART数据链路层通信方式通信方式v主从式通信主从式通信由主设备来控制数据帧的传送由主设备来控制数据帧的传送最多允许最多允许15个从设备连接到一条多点通讯线上个从设备连接到一条多点通讯线上v突发模式突发模式从设备定时重复发送数据帧从设备定时重复发送数据帧v半双工通讯方式半双工通讯方式寻址范围：寻址范围：0 15v当地址为当地址为0时，处于时，处于420mADC与数字通信兼容状与数字通信兼容状态。态。v当地址为当地址为115时，则处于全数字通信状态。时，则
5、处于全数字通信状态。第9页，本讲稿共21页HART数据链路层通讯帧格式通讯帧格式 PREM BCNT DELM STATUS ADDR DATA CMD CHKPREM:Preamble序文序文BCNT:Bycount 字节数字节数DELM:Delimiter起始字符起始字符STATUS:变送器通讯状态变送器通讯状态ADDR:Address地址（源地址和目的地址）地址（源地址和目的地址）DATA:通讯数据通讯数据CMD:Command 命令号命令号CHK:Checksum 校验和校验和 数据帧长度不固定，最长数据帧长度不固定，最长25个字节。个字节。第10页，本讲稿共21页HART协议应用层通
6、用命令通用命令(Universal Commend)：对所有符合对所有符合HART协议的现场设备都适用的命令。包括以下协议的现场设备都适用的命令。包括以下内容：内容：读变送器的量程、单位以及阻尼时间常数；读变送器的量程、单位以及阻尼时间常数；读出传感器串联数目及其限制；读出传感器串联数目及其限制；写入轮询地址；写入轮询地址；读出制造厂及产品型号；读出制造厂及产品型号；读出主变量及单位；读出主变量及单位；读出电流的输出及百分比输出；读出电流的输出及百分比输出；读写读写8个字符的标牌号，个字符的标牌号，16个字符的描述内容以及日期等；个字符的描述内容以及日期等；第11页，本讲稿共21页HART协议
7、应用层普通应用命令普通应用命令(Common-Practice Command)：适适用用于于大大部部分分符符合合HART协协议议的的产产品品，但但不不同同公公司司的的HART产产品品可可能能会会有少量区别，如写主变量单位，微调有少量区别，如写主变量单位，微调DAC零点和增益等。零点和增益等。主要包括：主要包括：写入阻尼时间常数；写入阻尼时间常数；写入变送器量程；写入变送器量程；标定（设置零点和量程）；标定（设置零点和量程）；微调主变量零点；微调主变量零点；微调微调DAC的零点和增益；的零点和增益；完成自检及主机复位；完成自检及主机复位；第12页，本讲稿共21页HART协议应用层特殊命令特殊命
8、令(Transmitter-Specific Command)：仅适用于某种具体的现场设备。这是各家公司的产品自己所特有仅适用于某种具体的现场设备。这是各家公司的产品自己所特有的命令，不互相兼容，如特征化，微调传感头校正等。的命令，不互相兼容，如特征化，微调传感头校正等。主要命令包括：主要命令包括：读出或写入开方小流量截断值；读出或写入开方小流量截断值；启动、停止或清除累积器；启动、停止或清除累积器；选择主变量（质量流量或密度）；选择主变量（质量流量或密度）；读出或写入组态信息资料；读出或写入组态信息资料；微调传感器的标定；微调传感器的标定；第13页，本讲稿共21页基于HART协议的硬件设计4
9、20mA LOOP RTNHARTMODEM电电源源模模块块AD421AD7715CPUGND参考电压源参考电压源传传感感器器模模块块VCCVCCZEROSPAN参考电压源参考电压源EEPROMAIN+AIN-智能变送模块智能变送模块VCCA1A2GND第14页，本讲稿共21页基于HART协议系列变送器的硬件设计vHARTHART通讯模块的电通讯模块的电路设计路设计FSK频移键控信号Bell202 MODEM带通滤波器输出波形整形电路第15页，本讲稿共21页基于HART协议系列变送器的硬件设计v低功耗技术低功耗技术HART数字通讯的要求智能变送模块的功耗1.5mAv低功耗芯片：A/D、D/A、
10、EEPROM和MODEM总的工作电流限制在1.0mAv高效、低功耗的CPU传感器模块的功耗第16页，本讲稿共21页基于HART协议系列变送器的硬件设计v抗干扰技术电磁滤波WDT电源监控软件自诊断第17页，本讲稿共21页基于HART协议系列变送器的硬件设计v本质安全技术减少储能元件双重冗余齐纳管符合本质安全标准第18页，本讲稿共21页基于HART协议系列变送器的软件设计v软件模块划分AD采样控制模块AD-DA转换模块HART链路层模块HART命令层模块键处理模块第19页，本讲稿共21页vAD-DA转换模块AD定时采样信号数字调理v粗大滤波v多点平均v温度补偿v线性补偿基于HART协议系列变送器的软件设计第20页，本讲稿共21页v本章结束第21页，本讲稿共21页